El reciente anuncio de LIGO, Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger , tiene algunos detalles técnicos sobre LIGO. Por ejemplo,
Esta historia de phys.org dice que los espejos se enfrían a 1 K. Entonces deben necesitar un enfriamiento realmente bueno.
Entonces, ¿cómo se enfría un espejo que cuelga de fibras en alto vacío a 1 K cuando está iluminado por un láser de 100 kW?
El Centro de control de documentos público de LIGO pone a disposición los documentos de diseño de LIGO, incluidos algunos documentos de diseño conceptual interesantes . Por ejemplo, Cómo construir un detector de ondas gravitacionales . Este documento analiza las propiedades del Si a temperaturas de hasta 5 K en relación con los detectores LIGO. Puede estar allí, pero no encontré nada que respondiera a mi pregunta.
Los espejos en Advanced LIGO no se enfrían. Los detectores futuros pueden utilizar temperaturas criogénicas para reducir el ruido térmico, pero aún no hemos llegado a eso.
A la luz de este nuevo artículo :
Los propios espejos están cerca de la temperatura ambiente. El movimiento de traslación a granel del objeto se "enfría" muy por debajo de lo que normalmente tendría si estuviera en reposo en equilibrio térmico. ¿Pero cómo?
Los espejos están en alto vacío y absorben muy poca luz. No son de metal, son espejos dieléctricos especializados para reflejar la frecuencia del láser. Solo se absorbe 1 de los 3,3 millones de fotones frente a una pérdida del 20 % en los espejos domésticos. Esto evita el ruido de la corriente de aire y reduce enormemente el calentamiento del espejo.
Los espejos están montados con fibras especiales de cuarzo fundido que tienen muy poca amortiguación: si se tocan como una cuerda de guitarra, se necesitarían cientos de millones de oscilaciones antes de que el "modo violín" pierda el 50% de su amplitud. En experiencias cotidianas, como un péndulo en un reloj, la amortiguación elimina energía de los sistemas. Pero para un péndulo que se mueve incluso menos de lo que dicta el equilibrio térmico, la amortiguación le agrega energía. (El sistema de aislamiento de vibraciones también maneja fuentes no térmicas como el tráfico rodado).
Los movimientos en los espejos se contrarrestan activamente. Esto se hace con accionamiento electrostático entre otras herramientas. Al igual que el aire acondicionado de su hogar, debe consumir energía y exportar calor residual (el ambiente de baja amortiguación es análogo al aislamiento de sus paredes). Sin embargo, solo enfría los movimientos y vibraciones mecánicos a granel en lugar de la "temperatura" como la detectaría una mano humana o un termómetro. Esto hace que sea mucho más fácil alcanzar temperaturas efectivas de ~80 nano-Kelvin.
Los filtros eliminan el ruido en ciertos picos de resonancia, con el fin de detectar las ondas.
A los efectos de este artículo, que trata sobre efectos cuánticos macroscópicos en lugar de fusionar agujeros negros, agregaron una fuerza de retroalimentación electrostática de "endurecimiento" para que el espejo oscile a ~ 920 Hz. Esto aumentó la energía entre los estados cuánticos, lo que facilitó el logro de números cuánticos bajos. Aunque poner una masa reducida vibratoria de 10 kg en números cuánticos de ~10 es muy impresionante, no estoy seguro de si la rigidez sería útil para la detección de ondas gravitacionales.
Los futuros espejos pueden enfriarse criogénicamente, lo que reduciría aún más la entrada de energía térmica no deseada en los modos de baja frecuencia y, por lo tanto, reduciría la temperatura efectiva más baja que pueden alcanzar los "aires acondicionados".
curioso
UH oh